湿滑路面汽车轮胎滑水性能影响因素仿真

为了研究湿滑路面上汽车轮胎滑水性能影响机理,基于有限元软件ABAQUS,分别建立了轮胎模型和轮胎滑水模型,对滑水模型进行试验验证和静态分析。基于轮胎运动边界方程和水流控制方程,对轮胎滑水性能的影响因素进行仿真分析。仿真结果表明：轮胎临界滑水速度随着轮胎气压、负载和花纹沟槽深度的增大而增加;随着路面水膜厚度增加,轮胎临界滑水速度减小。探究各种因素对轮胎滑水性能的影响,为轮胎的开发和设计提供参考。     

轮胎与水泥混凝土路面摩擦接触状况数值模拟

针对水泥混凝土路面抗滑性能缺乏定量分析和合理评价方法的问题,采用有限元分析方法,对轮胎与水泥混凝土路面摩擦接触状况进行了数值模拟,分析了荷载、路表构造、胎压和行车速度等因素对轮胎与路面附着系数的影响。结果表明:荷载、刻槽宽度和槽间距均对路面附着系数影响显著,而刻槽深度几乎对路面附着系数没有影响;轮胎的充气压力越低,轮胎与路面之间的附着系数越大;车速越快,附着系数越小,并由此回归出路面附着系数与充气压力、荷载、行车速度以及路面构造参数之间的关系式。     

沥青混凝土路面轮胎临界滑水速度数值模拟

为了揭示沥青混凝土路面轮胎滑水力学机理、评估各项因素对临界滑水速度的影响,运用数值模拟方法,建立了沥青路面模型和花纹充气轮胎模型,并利用欧拉-拉格朗日耦合算法建立了轮胎滑水模型.对滑水模型的适用性与精确性进行了验证,模拟计算出轮胎路面竖向接触力变化曲线以及临界滑水速度,并对轮胎花纹、轮胎充气压力、水膜厚度和路面类型的影响进行了评估.结果表明:增加轮胎花纹复杂度可增大轮胎行驶振动强度,减少水膜对轮胎的托举作用;提升轮胎充气压力和减小水膜厚度可以有效提高轮胎路面竖向接触力和临界滑水速度;OGFC路面在防止滑水现象发生方面显著优于AC路面和SMA路面,MPD值可用于评估有水路面的滑水性能.     

不同形式路面表面功能对比研究

为改善路面行车舒适性与安全性,采用手动铺砂法、动态摩擦测试仪法、车载声强(OBSI)轮胎/路面噪声测试法对于横向刻槽、纵向刻槽、露石、金刚石研磨水泥混凝土路面、开级配沥青混凝土路面的构造深度、动态摩擦系数、轮胎/路面噪声进行了对比研究。结果表明:纵向刻槽水泥混凝土路面构造深度大于露石、金刚石研磨、横向刻槽水泥混凝土路面。车速增加,路面动态摩擦系数不断减小,其中纵向刻槽路面的动态摩擦系数稍高于横向刻槽及金刚石研磨路面。同时开级配沥青混凝土路面比刻槽、金刚石研磨、露石的混凝土4个形式路面的噪声水平降低5~10 d B,其降噪效果良好。     

不同纹理混凝土路面的噪声特性

为了深入研究不同纹理混凝土路面的噪声特性,通过改变刻槽参数（槽宽、槽间距）,得到具有不同纹理特征的混凝土板件;利用简单可行的加速度法,对混凝土板件进行噪声水平测试和噪声频谱分析。试验结果表明：横向刻槽混凝土路面的噪声水平最高,其次为光面混凝土路面、纵向刻槽混凝土路面,多孔混凝土路面的噪声水平最低;对于横向刻槽混凝土路面,噪声水平随槽宽的增加而增大,纵向刻槽混凝土路面则呈相反趋势;当噪声频率大于1 600Hz时,多孔混凝土路面对噪声具有较强的减弱能力,在整个噪声频率范围内,横向刻槽混凝土路面对噪声的减弱能力最差。     

积水路面轮胎部分滑水数值模拟

为揭示部分滑水状态下轮胎路面作用机理,采用有限元数值模拟方法,分别建立了175-70-R15型轮胎模型和水-空气复合水膜模型,并基于耦合欧拉-拉格朗日法建立了三维充气花纹轮胎滑水数值模型.探讨了水膜厚度和轮胎速度对汽车轮胎受力状态的影响,分析了轮胎所处运动状态对部分滑水过程的影响.计算结果表明:随着水膜厚度的增加,水流竖向托举力增加,纵向附着力减小,轮胎更早地进入完全滑水状态;随着轮胎行驶速度的增加,水流纵向拖拽力大幅增加,同时随着水膜的增厚,这种增加趋势更加明显;回归得到了轮胎受到的水流竖向托举力与水膜厚度和行驶速度的关系式;相比于自由滚动,轮胎处于ABS状态时,更早进入完全滑水状态.     

基于COMSOL Multiphysics的路表瞬态动水压力数值仿真分析

针对积水路面行车轮胎产生动水压力易导致水损害和车辆打滑的问题,探索车辆产生滑水风险的速度和路面材料受动水冲刷的损伤过程,以奥迪A4L和陕汽重卡德龙F3000两种型号的车为主要研究对象,运用AH-E型传感器在水泥混凝土路面上实测二者在不同行驶速度下的动水压力;基于COMSOL Multiphysics软件平台建立轮胎-水膜-道面相互作用的流固耦合数值模型,对动水压力的影响因素进行规律性分析,并计算滑水风险速度.结果表明:动水压力随水膜厚度、行车速度和车辆轴载的增加而增大;轮胎-水膜-道面相互作用区域划分为正动水压力区和负动水压力区,二者共同作用,对路面材料产生较强的动水冲刷;随着路表水膜厚度的增加,汽车发生滑水风险的速度不断减小,相同速度下小车比卡车更易发生滑水风险.     

基于可靠度的连续配筋混凝土路面配筋率设计方法

采用裂缝实际调查和影响因素数值分析,研究基于可靠度的CRCP配筋率设计方法.通过实际调查CRCP路面裂缝间距与宽度分布情况,认为裂缝间距的分布符合对数正态分布模型,裂缝宽度的分布符合正态分布模型;分析了钢筋直径、配筋率、混凝土极限拉应力及钢筋与混凝土之间的黏结应力对裂缝间距和裂缝宽度的影响规律;通过CRCP路面失效概率分析,认为裂缝间距与裂缝宽度的可靠度主要与设计裂缝间距及参数的变异水平有关.给出了CRCP的横向裂缝最佳间距值,得出基于可靠度的连续配筋混凝土路面配筋率设计法.     

湿滑路面上固体颗粒对轮胎附着性能的影响

文章依据流体动力润滑理论,把轮胎的黏性滑水现象模拟为光滑胎面单元与粗糙路面之间的动压、挤压膜问题,同时考虑了雨水中固体颗粒浓度对黏度的影响,从而建立了轮胎/路面黏性滑水现象的平均流量模型,并进行数值求解,分析了固体颗粒、外载荷、初始高度、滑动速度等因素对轮胎附着性能的影响。结果表明,外载荷、初始高度、滑动速度对轮胎湿附着性能有重要影响,减少液膜中固体颗粒浓度有利于提高胎面单元的湿附着性能。这些结果将促进轮胎黏性滑水理论的进一步完善。     

考虑横向接地应力的沥青路面剪应力分析

采用ABAQUS软件建立三维半刚性路面结构模型,单轴双轮加载模式,每个轮胎荷载简化成5条可移动的应力、长度和宽度不同的条带非均布荷载,使用Fortran语言编写程序Dload和Utracload子程序,用以施加垂直荷载、水平荷载和横向荷载.分析模拟车辆在考虑横向力作用下的路面剪应力分布状况.结果表明:当横向力系数增大时,路表正剪应力减小,负剪应力增加.最大正剪应力出现的位置位于轮胎两侧边缘;中间荷载带的负剪应力逐渐增加并超过轮胎边缘剪应力,最大负剪应力由边缘位置向中间荷载带转移.横向力系数与路面不同层位不同点位(5个荷载带中点和轮隙中心点)剪应力呈线性增加关系,横向力系数对路面剪应力影响最大,对其他层位剪应力的影响随深度增大依次减小.     

仿生非光滑花纹沟对轮胎抗滑水性能的影响

以205/55R16乘用车轮胎为研究对象,采用计算流体动力学建立了考虑胎面花纹变形的轮胎滑水分析模型;以气-液二相流数值模型分析了轮胎的滑水性能,并将临界滑水速度仿真值与NASA滑水速度预测值及轮胎发生滑水时力平衡下的速度进行对比.在此基础上,引入仿生减阻理念,研究了夹角为60°、高度为0.6mm的仿生对称V形结构对花纹沟排水量和水流阻力的影响,并将其结构特征信息等效移植到接地区轮胎花纹沟底,进行了仿生花纹轮胎的滑水性能分析.结果表明:所建滑水分析模型可用来分析轮胎滑水时的流体运动特性;相对原花纹轮胎,仿生非光滑花纹沟轮胎通过提高接地区花纹沟内水流速度,降低了胎面动水压力,提高了临界滑水速度.     

基于轮胎滑水模型的轮胎-沥青路面附着特性影响因素分析

为研究轮胎与沥青路面之间的附着特性,基于耦合欧拉-拉格朗日法(CEL法)建立充气花纹轮胎滑水有限元模型,验证了滑水模型适用性,计算出AC,SMA及OGFC三种沥青路面附着系数曲线.基于轮胎-路面附着特性理论,分析了制动防抱死系统(ABS)状态和潮湿条件下轮胎-路面附着特性影响因素.研究发现:胎路附着特性与轮胎运动状态有关,随滑移率增大轮胎受到的纵向附着系数先上升后下降,滑移率为15%左右时附着系数达到最大;在水膜厚度较小、轮胎压力较高时增大表面宏观纹理可提高路面抗滑性;平均断面深度(MPD)一定时,干燥路面较潮湿状态体现出更高的附着性能;相同水膜厚度时,附着系数随车速增加而不断减小,OGFC路面比AC路面和SMA路面具有更好的抗滑性能.     

薄层橡胶沥青复合式路面层间抗剪特性试验

为探讨水泥混凝土路面经过洗刷酸洗、刻槽、抛丸等不同加工工艺处理下,不同黏层材料类型、喷洒量、试验温度、水环境、洒布同步碎石等因素对薄层橡胶沥青复合式路面层间界面剪切强度的影响,选择橡胶沥青、SBS改性沥青和AF-1溶剂型黏结剂作为黏层材料,利用一种改进型路面结构剪切仪研究黏层对刚柔复合式路面层间力学特性的影响。结果表明:40℃环境条件下,橡胶沥青及SBS改性沥青作为黏层材料最佳用量为1.2kg/m2,根据不同刻槽工艺,二者用量可增加0.1~0.2kg/m2;界面剪切强度受黏层试验温度、水环境等条件影响,通过剪切试验结果得出,不同黏层材料对界面抗剪切强度由大到小依次为AF-1溶剂型黏结剂、SBS改性沥青、橡胶沥青;刻槽工艺参数中,刻槽宽度、加密程度及刻槽方向均对层间界面抗剪切强度产生影响,该工艺简单方便,利于推广;酸腐蚀处理、表面洗刷处理、表面洗刷结合酸腐蚀处理等方式对界面细观粗糙度的提高有限;界面污染、浸水等不利条件对界面黏结强度有所影响,其中浸水影响较大;刻槽工艺参数中,刻槽宽度对抗剪能力影响最为显著,在保证刻槽深度情况下,减小槽间距,加密刻槽,可有效提高复合界面抗剪能力;得到层间抗剪强度、层间剪切变形模量与不同变量(界面类型、黏层材料等)之间的线性关系。     

基于临界滑水速度的湿滑路面全域滑水风险量化评价

基于修正LuGre摩擦模型提出临界滑水速度的快速计算方法,以临界滑水速度为滑水风险事件发生的判断指标;基于湿滑路段水膜厚度分布以及车速、轮迹等车辆行驶状况的概率模型,计算滑水风险事件发生的概率,从而对滑水风险进行量化,并根据风险概率将滑水风险划分为5个等级。结果表明：临界滑水速度主要受水膜厚度的影响,与路面的高程特征密切相关;当路面存在车辙、坑槽等表面病害时,病害区域的临界滑水速度显著下降。车辆滑水风险与临界滑水速度分布基本一致,但轮迹带区域的风险相对较高;降雨强度较大时,无病害或低病害路段的低风险区域超过96%,路段整体处于低风险等级,车辙等严重病害处出现大量中高风险区域,导致路段整体风险等级提高。     

水泥混凝土路面抗滑功能衰减模拟试验研究

为研究不同类型水泥混凝土路面的抗滑功能衰减,自行研制开发水泥混凝土路面加速磨损仪,并用于对刻槽、拉毛和拉槽混凝土路面板进行室内模拟加速磨损试验,采用摆式摩擦系数测试法和磨损深度测试法对路面抗滑构造的测试。试验结果表明:刻槽混凝土路面板的抗滑衰减分为两个阶段,第一阶段为表面砂浆的磨损,抗滑功能衰减较快,第二阶段为砂浆和粗骨料共同抵抗磨损作用,抗滑构造变化缓慢;拉毛混凝土路面板抗滑功能的衰减呈现初期快、中期缓慢、后期稳定的趋势;拉槽混凝土路面板初期磨损较快,后期变化缓慢,路面的砂浆层并没有出现因磨损过度而裸露粗骨料。     

横纵刻槽对半预制战斗部破片成型的影响

为分析壳体内刻槽对半预制战斗部破片成型的影响规律，开展了不同工况的仿真计算，并对典型工况进行了试验验证.利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，对爆炸载荷条件下破片的破碎断裂规律进行了研究，得到了横向刻槽与纵向刻槽的形状、深度等因素对破片成型的影响关系.研究结果表明:仅有横向刻槽时，将形成较多碎小破片；仅有纵向刻槽时，将形成杆条式破片；同时预制横向刻槽与纵向刻槽时，纵向刻槽深度应比横向刻槽深度小于20%，可得到大小均匀、质量可控的破片；刻槽形状采用"V+V"型或"锯齿（斜口朝起爆点）+V"型时，破片破碎控制效果较好.对典型工况开展了试验研究，试验结果与仿真计算结果较为相似，证明了仿真规律的正确性.      

BFRP筋连续配筋混凝土路面的配筋设计

建立BFRP筋连续配筋混凝土路面的均匀温降模型,考虑混凝土材料的干燥收缩以及基层约束作用,推导出裂缝控制指标(裂缝间距、裂缝宽度和筋材应力)的解析解公式,采用有限元方法验证解析解公式的有效性.利用解析法分析BFRP筋的配筋方案及其材料特性对裂缝控制指标的影响,推荐BFRP筋连续配筋混凝土路面的配筋设计指标.研究结果表明:随着配筋率的增大,裂缝间距、裂缝宽度以及筋材应力逐渐减小,相同的配筋率下采用小直径、小间距的配筋方案对控制裂缝更为有利;增大BFRP筋弹性模量、BFRP筋与混凝土的粘结刚度系数可减小裂缝间距和裂缝宽度,但对筋材应力影响轻微;应采取有效的工程措施来提高BFRP筋的弹性模量及BFRP筋与混凝土的粘结刚度系数.在BFRP筋连续配筋水泥混凝土路面的配筋设计中,建议裂缝平均间距限值为2.0 m,裂缝宽度限值为1.0 mm,CRC层配筋率不小于0.6%.     

轮胎泵浦噪声的数值模拟

提出了一个计算轮胎泵浦噪声的方法.该方法首先利用ABAQUS有限元软件模拟轮胎在路面上的滚动过程,得到在轮胎滚动过程中单个花纹节上各花纹沟的体积变化情况.在此基础上,利用单极子点声源模型以及声源叠加公式获得了整个轮胎产生的泵浦噪声.基于上述方法,考察了不同花纹形式和花纹沟尺寸对泵浦噪声的影响.结果表明,花纹沟周向尺寸和花纹沟深度的增加都会使轮胎泵浦噪声增大,且花纹沟深度对泵浦噪声的影响更为显著;横向花纹轮胎与斜向花纹轮胎在花纹沟体积相同时产生的泵浦噪声基本相同.此外还考察了行驶速度对泵浦噪声的影响.结果表明,轮胎泵浦噪声基本与车速的对数成正比.     

基于轮组效应湿滑跑道飞机轮胎-水膜相互作用研究

湿滑跑道严重影响着飞机的起降安全,其根本原因就是水膜与轮胎相对运动产生的流体动力会使飞机的行驶姿态发生改变。基于弹性流体动力润滑理论,参考多种机型,并以波音737的主起落架为研究对象,运用流体分析软件Fluent建立带有纵向花纹的轮胎接地断面二维有限元模型,模拟轮胎受水流冲击的过程。提出了轮组效应,确定了适用于不同机型轮胎的流场分析计算域;并对飞机轮胎滑水现象进行参数影响分析。研究结果表明有沟槽轮胎所受压强值比无沟槽轮胎相同部位压强降低80%左右;轮胎受到的流体压力随着水流速度的增大而增大;在一定范围内沟槽宽度的增加在增大排水通道面积的同时显著降低轮胎受到的冲击压力;轮组轮胎前后轮所受的压强值差异性很大,前轮起到主要的"抗水"作用。     

连续配筋混凝土路面早期横向开裂分析

结合高速公路连续配筋混凝土路面试验路的调查结果,分析了连续筋混凝土路面早期横向开裂的影响因素。结果表明,混凝土的温缩和干缩作用受到钢筋和地基的约束是造成开裂的主要原因。从而为了解高速公路连续配筋混凝土路面的裂缝成因及合理控制裂缝间距,其中为裂缝宽度和钢筋应力的研究提供了参考依据。